沉井施工在实际工程中的应用与问题分析

魏利猛

（武汉市给排水工程设计院有限公司，湖北 武汉 430024）

0 引言

随着沉井技术的日益发展，研究其在工程建设中的运用已凸显出重要性。本文首先就有关内容进行了回顾，研究了沉井的相关技术，在探讨沉井下沉施工方式的基础上，结合相关实践经验，研究沉井封底施工。作为一种实践应用效果好的技术，沉井技术在近期取得了很大的发展。研究其在建筑施工中的运用，可以更好地提高沉井工程技术的实际运用能力，并以此为手段进一步推动我国施工行业的有效发展。

1 沉井施工的基本概述

沉井是一个井简状的基础构造物，其由井内开挖、以自身的重力缓解沉降井壁摩阻力后沉降至设置高程处，再经过建筑物的斗门或添塞井洞，将之作为基础建筑的基石，而沉井基由于其内埋藏水深很深，稳定性好，因此具有很大的承担面积，可承担很大的下垂荷载和高低荷载，沉井既是基础设施，也是建筑中的挡土和阻水的围堰构筑物。沉井建造工艺源自古代掘井作业，其施工工艺是先在地层的基坑内做一种上下打开但四周闭合的竖井型构造，然后沿着井壁的围护施工，可减少资金投入，内部空间既可加以使用，还可兼作围护结构[1]。

沉井法是地下工程和深基施工中的一种主要施工方式，同时也是深基施工的一种主要结构型式。其特征为：将处于地下水一定深度的建筑结构或建筑物基底，首先在地基上制作，构成一井状结构，然后从井底下不断进掘，利用井体自身的重量而逐渐沉降，在下沉至预定的设计标高之后，再进入斗门，并构造井中底板、柱、楼板、中墩、内隔墙、屋顶等结构，最后构成地下建筑或建筑物基底。沉井主要应用于抽取地下水建筑物、污水泵站、地下工程厂房、重大设备基础、人员安全掩护所。沉井法在建筑施工中有着特殊优势：由于用地面积较小，一般不要求进行边坡围护工程，和大挖法相比较，沉井开掘工作量小，对相邻建筑的危害也较小，作业比较简单，而且没有特别的专业设备。近年沉井的建筑施工技术水平和施工机具均有了较大提高，为减小沉井施工中的井壁侧向摩阻，开发了触变砂浆润滑套法、壁后压气法等方式。在人口密集建筑物群中开展建筑施工时，为保证地下水管线和建筑物结构的安全性，创新了钻吸排土沉井施工技术工序和中心岛沉降工艺技术，上述新工艺的发明能使土壤在地表上形成微小的沉降和移动[2]。

2 沉井的分类和构造

2.1 沉井的分类

沉井的种类繁多，以制造建筑材料分类有水泥、钢筋混凝土、钢材、砖、石等多种。沉井按平面形状分类大致包括椭圆沉井、方形沉井、矩型沉井、两孔沉井、多孔沉井、双端圆形沉井。每一种类型的沉井都有不同的构造特点，相关从业者要对这些类型分类了然于心，只有对其更加了解，才能在施工过程中更好地判断沉井类型，根据不同类型采取不同的施工措施，规避这其中可能会出现的问题。

2.2 沉井构造

（1）刃脚踏面。踏面长度大多在15～60cm，随着土质地层的软硬程度而作调节。刃脚的侧边为直角梯形，通常斜度大于等于45°。其功能基本上是为降低地面下沉时土的摩擦力，所以这种构造有一定的存在合理性。

（2）井壁。是指沉井的主体部位，其厚度则按照对沉井的构造强度、刚性的要求，和沉井能否在适当的自重条件下沉降而决定，通常为0.4～1.m左右，这个数值能更好地控制施工过程中可能出现的误差，高于或低于这个数值，都会产生很大的偏差，给施工的安全性带来一定隐患，因此在施工过程中，一定要做好测量工作，确保数值的准确性。

3 沉井的制造

3.1 放线

按照规划的图纸，确定地下工程及结构的定位路线，要将主轴牵引出，提供轴线控制桩，这项工作可以确保最终规划的施工路线的正确性，规避施工路线跑偏带来的各类问题，进而从源头保证施工的有效性。

3.2 挖土

按放线工作的方位，将沉井区域内的所有土方凿掉（包含围墙外侧的工作面部分的土方）。再凿至离地下水位放线上50cm以内。将挖去土方后的基坑内土体表面平整好，然后确定四周墙壁的准确定位线。

3.3 沉井墙壁的施工

浇筑：刃角的水泥在浇筑完成后，才能接着往上浇筑。将竖向的钢筋联结好，然后拴上水平走向的钢筋连接。由于钢材一般较高，可在钢材骨架的一侧暂设临时支承。

支墙的模板法：在搭建模块之前，应先搭建好安装模块的钢管架子。接着搭建外面的模版，将钢骨架安装在外面模版上，并且拆除去临时支座，再搭建内部模版[3]。

施工混凝土：在沉井壁与底层之间的混凝土施工中，必须按一定配比的比例加入混凝土膨胀剂，施工的混凝土非常密实，使混凝土本身可以保温。浇注时，要按50cm一步的分级转圈式施工，直接浇注到地面3m高。而墙面混凝土施工则按上述方式的分步层次实施，到沉降后高出地下水位线之上50cm的高程为止，并做好保护。若沉井之间有隔墙或梁时，也应该和四壁混凝土一起完成，当施工完毕后，整个沉井的结构完工。

4 沉井下沉施工方法

4.1 刃脚前后及时填砂

刃脚前后应及时填砂，填砂时以分层回填方式完成，每层应该为30mm深，填得越紧密，沉井的沉降量也就越小，沉井不致产生较大的误差。需要时还可以适当增加填土高度，或者在隔墙下加以局部填土，使沉井比较平稳[4]。

4.2 沉井排水下沉施工

依据建设区域和周围环境状况，可采取排水下沉、不排水倾斜等下沉施工方法。

井内排水法沉降：当沉井下降时经过的地层渗透水力比较低，但土层却相对稳固，又或者由于渗漏流速不大，并没有因为排水而形成的流砂，且也没有出现沉井井底混凝土体的大量膨胀不稳状态，或沉井井底混凝土体没有被底下的承压水顶破时，在沉降过程中尽量地把井内的积水全部抽干，可采取明挖法沉降。

井外的土壤地下水位倾斜：如果沉井的地下水位较高，并伴有大量的土壤地表向滞水的位置倾斜，且土壤中有大量有机物混合物、粉细砂等，就会出现强烈的土壤翻浆、冒泥和流沙等情况。所以，在沉降井的沉降时，可针对施工条件和地下水文的变化情况，通过从井外降低地下水的措施，在沉井下降到建筑土方之后，井内仍然保持无水情况，使沉井的井底混凝土体保持稳定，如此就能够大大提高沉井下沉的施工效率，安全平稳地将沉井下降[5]。

利用水力机械排水下沉：沉井排放沉降一般包括人力排水排土沉降、机器排放沉降、水力机械排放沉降等多种方式。当前已广泛使用于水力机械吸泥施工，尤其应用在紧靠河流的岸上，其供水充沛、排泥便利、设施简易、机械化程度较好，大大提高了开掘的效能（可替代人工开挖），从而缩短了时间，提高了工程质量。

5 沉井施工的应用范围

5.1 沉井的组成

一般在建设项目工地当中，沉井大多是由刃脚、下沉井壁、挡墙、以及凹槽等所构成。井壁是指沉井的外壁，通常硬度比较好，在施工过程当中可以承担沉井沉降过程当中所带来的压力。井璧是沉井当中最主要的结构构件，除了必须具备很好的硬度以外，强度上还必须满足一定的条件[6]。为了保证沉井可以在自身重量的影响下进行沉降，就必须保证沉井的重量达到了规定指标。而沉降井壁的最下部便是刃脚，刃脚的造型也相当独特，这主要是为了在施工当中能够良好地垂直插入混凝土之中。沟槽则设在刃脚的最上方，沟槽的主要目的就是为了保证井壁和混凝土的最底层可以良好地连接起来。

5.2 沉井施工的特点

虽然沉井在建造的流程当中现场挖掘数量较小，并且建筑占用建筑面积也较小，可是沉井所可以承受的体积却相当大，并且可以承担水平或者垂直方向上的巨大负荷。而与此同时，沉井的建造成本也较低且可靠性能较高。这主要基于沉井围堰可以作为沉井的地基或者挡土的构筑物，并且施工工艺也比较简单。沉井的建造技术不但能够使用在常规的建筑物结构土方施工当中，并且还能够广泛地使用在建筑砂浆、黏土或者淤泥土当中。由于沉井建筑施工流程对附近岩层形成的环境影响较小，特别是对岩层位移的影响也较小，所以在建筑施工流程当中也没有对附近的建筑物形成明显的环境影响，因此可以被普遍地运用于基础建设等工程施工之中[7]。

6 沉井施工在实际工程当中遇到的问题与解决措施

6.1 沉井倾斜

在沉井现场当中，往往会产生沉井表面产生偏斜的状况。而造成这一状况的主要因素有以下4个方面。

（1）由于沉井刃脚周围的泥土软密实性并不一致，所以在浇筑完毕以后的沉井表面无法稳定。

（2）对刃脚素混凝土的处理方法并不是按照对称敲碎或者没有进行及时的回填和夯实，这造成了沉井周围的浇筑混凝土不能进行均匀夯实。

（3）在沉井施工中进行挖掘的地方不能保证开掘的平整度，致使在沉井当中土表面产生了相应的标差。

（4）在处置刃脚的当时掏空的泥土太多，致使在短时期内沉井表面产生了偏斜的状况。

关于沉井倾斜的解决途径大致有以下3种。

（1）在沉井倾斜的处理过程当中要做好观察与数据分析，一旦发觉有产生倾斜的趋势就要采取措施进行矫正。

（2）在铺设刃脚的素水泥垫片的时间上必须达到正确的方向一致，并且必须及时采用砂浆和卵石回填方式进行夯实，以增加水泥的稳定性。

（3）可以在刃脚位置较低的一侧上添加砂石和石块，可以提高对沉井倾斜的压力，进而降低了沉井的倾斜率。

6.2 沉井偏移

目前大部分的沉井位移问题都是由沉井的偏斜造成的。因此，在沉井偏斜的时候，沉井的下井体就会斜到一侧，这一侧的下部就会形成很大的压力，进而导致沉井出现了一定程度的偏移。偏移度的高低往往根据地质状况预测向一侧偏斜的次数。此外，在测量定位流程当中出现错误那么也会造成沉井的偏移。沉井偏移的解决方式大致有两种。

（1）在沉井出现移位的时候，采取相应的办法阻止它进一步出现移位，使沉井无法继续朝移位的方向偏移。与此同时，尽可能调整沉井的偏移方位，使之朝着与原来水平相反的方位偏移，在经过反复几次偏移校正以后，就能够回归到原来正常的水平。

（2）在进行沉井检查和标定工作时，通常情况下，由于工程过于浩大，难免会有各种问题和失误，所以如果这种情况下直接交付，后期也会检查出更多问题，会造成工期的延误，甚至会造成严重的安全问题，造成人民生命安全和财产安全损失。因此在工程完工之后，一定要注意检查与核查，确保工程的有效性。

7 结语

总而言之，沉井施工对建设项目施工来说有着很大的意义，虽然沉井施工有着成本低、稳健变化高的好处，但也存在许多问题需要着力解决。相关工作人员必须对沉井方法进行不断的分析，根据实际工况采取适合的沉井方法，从而确保工程的顺利施工建设。另外，相关人员还需要不断创新，对沉井方法不断探索，从而促使我国各类工程中运用的沉井技术更为先进和科学。